基于78F0712的E-BIKE用無刷直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)

軟件控制策略

　　本系統(tǒng)采用速度和電流雙閉環(huán)的全數(shù)字控制，其特點(diǎn)是是調(diào)試方便，控制策略改動(dòng)容易。速度環(huán)采用傳統(tǒng)的PI控制策略，電流環(huán)采用帶反電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償?shù)腜I控制方案。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化控制方案，從速度給定和位置采樣、速度計(jì)算、閉環(huán)調(diào)節(jié)以及其他的各種功能都通過MCU的控制軟件實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的軟件流程如圖6所示。

圖6 控制程序框圖

　　對(duì)電機(jī)的控制由軟件根據(jù)實(shí)際速度進(jìn)行電壓和電流的閉環(huán)計(jì)算后改變PWM輸出脈沖的占空比實(shí)現(xiàn)。PWM驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率為20KHz，最大限度的降低了系統(tǒng)的電磁噪聲。其中電流環(huán)的計(jì)算周期為100ms，速度環(huán)的計(jì)算周期為500ms。其控制原理結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 控制原理結(jié)構(gòu)

樣機(jī)測(cè)試及分析

　　根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用新日風(fēng)華6號(hào)作為試驗(yàn)樣機(jī)，其采用的無刷直流電機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)如下：

　　額定電壓：48V；  額定功率：240W;
　　額定轉(zhuǎn)矩：6N.m； 額定轉(zhuǎn)速：300rpm；
　　電機(jī)效率：≥80%；額定電流：7A。

　　在保證其他系統(tǒng)控制電路不變的情況下更換控制板后的樣機(jī)如圖8所示。

圖8  試驗(yàn)樣機(jī)

　　根據(jù)電動(dòng)自行車的性能要求完成了如下各項(xiàng)功能試驗(yàn)，系統(tǒng)性能也得到了很大的提高。

　　·120o/60o電機(jī)切換功能
　　通過更改換相邏輯控制器完成了對(duì)兩種電機(jī)的切換控制。

　　·剎車斷電。

　　·電輔剎車和反充電
　　通過軟件可以控制剎車力的大小和反充電的電流。

　　·定速巡航功能。

　　·速度和電流閉環(huán)
　　進(jìn)行閉環(huán)控制提高了速度跟蹤的精度并且減小運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

　　·堵轉(zhuǎn)保護(hù)
　　在堵轉(zhuǎn)的情況下起到保護(hù)功率電路的作用。

　　·欠壓保護(hù)
　　保護(hù)蓄電池以免過放電。

　　·其他一些輔助功能。

　　經(jīng)過系統(tǒng)試驗(yàn)證明，與當(dāng)前市場(chǎng)上的E-BIKE相比，該系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了所有基本的控制功能，并在此基礎(chǔ)上增加了速度和電流閉環(huán)控制，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

參考文獻(xiàn)：

　　1.  μPD78F0712 Datasheet, NEC
　　2.  肖建云，基于C8051F313的新型電動(dòng)自行車調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電子產(chǎn)品世界，2008.3,113~114